Pārtikas -plastmasas izejvielas: neapstrādāti, pārstrādāti un reģenerēti materiāli

Pārtikas{0}}plastmasas izejvielu identifikācija: 3 galvenās diferenciācijas metodes neapstrādātiem, pārstrādātiem un reģenerētiem materiāliem. Kvalitātes kontrolēpārtikas-pakāpePP plastmasas izejmateriāli, precīzi nošķirot neapstrādātus, pārstrādātus un reģenerētus materiālus, ir būtisks solis produktu drošības un kvalitātes stabilitātes nodrošināšanā. Lai gan šie trīs materiālu veidi pēc izskata ir līdzīgi, tiem ir būtiskas atšķirības molekulārajā struktūrā, ķīmiskajā sastāvā un fizikālajās īpašībās. Pamatojoties uz jaunākajiem valsts standartiem un nozares praksi, tālāk ir sīki aprakstītas trīs galvenās identifikācijas metodes un to darbības procedūras.

1.1. Neapstrādātu, pārstrādātu un reģenerētu materiālu definīcijas un atšķirības

Jaunais materiāls attiecas uz PP materiālu, kas tieši polimerizēts no naftas ķīmijas izejvielām, kam raksturīga regulāra molekulārā struktūra un augsta tīrība. Šāda veida materiāls nekad nav izmantots, tam ir pilnīga molekulārā ķēde, viens ķīmiskais sastāvs un visi darbības rādītāji atbilstpārtikas-pakāpestandartiem. Virgin PP ir ļoti sakārtota izotaktiskā struktūra, un visas metilsānu grupas atrodas vienā galvenās ķēdes pusē, veidojot spirālveida formu, ar kristāliskumu 50–80% un kušanas temperatūras diapazonu no 160 līdz 176 grādiem.

Pārstrādātais materiāls attiecas uz PP atkritumiem, kas pēc lietošanas ir vienkārši sasmalcināti un iztīrīti, galvenokārt no lūžņiem, bojātiem produktiem vai pēc-patēriņa plastmasas izstrādājumiem no ražošanas procesa. Lai gan šāda veida materiāls saglabā PP pamatstruktūru, tas var saturēt atlikušās piedevas, pigmentus, piemaisījumus un noārdīšanās produktus, kas rodas lietošanas laikā. Pārstrādāto materiālu molekulārās ķēdes var būt daļēji pārrautas, un molekulmasas sadalījums ir plašāks, izraisot veiktspējas parametru izmaiņas.

1.2. Veiktspējas parametru salīdzinošā analīze

Attiecībā uz fizikālajām īpašībām pastāv ievērojamas atšķirības starp trim materiālu veidiem. Blīvums ir visintuitīvākais atšķirības rādītājs. Jaunā PP blīvums parasti ir diapazonā no 0,90 līdz 0,915 g/cm³, savukārt pārstrādātā PP blīvums parasti ir diapazonā no 0,9 līdz 0,91 g/cm³. Atšķirība starp abiem ir neliela, taču to joprojām var atšķirt, izmantojot precīzijas instrumentus. Stiepes izturība ir vēl viens svarīgs parametrs. Jaunā PP stiepes izturība var sasniegt 30-40 MPa, savukārt pārstrādāta materiāla stiepes izturība ir tikai 20-30 MPa, kas ir par 20-30% zemāka nekā jaunajam materiālam.

Termisko īpašību ziņā jaunajam PP ir viens, tīrs un vienmērīgs kušanas maksimums kušanas līknē ar maksimālo temperatūru no 165 līdz 169 grādiem. Pārstrādātā materiāla kušanas līknē parasti ir vairāki kušanas maksimumi, aptuveni 132 grādi un 165 grādi, jo dažādu avotu PP kušanas punkti ir atšķirīgi. Turklāt vairāku apstrādes posmu dēļ pārstrādātā materiāla kausējuma plūsmas ātrums (MFR) ievērojami palielinās, kas ir molekulārās ķēdes pārrāvuma rezultāts, kas izraisa molekulmasas samazināšanos.

Ķīmiskā sastāva atšķirības ir sarežģītākas. Jaunā PP ķīmiskais sastāvs ir salīdzinoši vienkāršs, galvenokārt satur PP polimēru un nelielu daudzumu piedevu, piemēram, antioksidantus. Pārstrādātie un reģenerētie materiāli var saturēt dažādus piesārņotājus, tostarp smagos metālus (kuru saturs var būt vairāk nekā divas kārtas lielāks nekā neapstrādātā materiālā), pesticīdu atliekas, cietinātājus, līmvielas, baktērijas, vīrusus un citas kaitīgas vielas. Šo piesārņotāju klātbūtne ne tikai ietekmē materiāla veiktspēju, bet, vēl svarīgāk, var radīt potenciālus draudus pārtikas nekaitīgumam.

2.1. Fiziskās veiktspējas pārbaudes metode

Fizikālās veiktspējas pārbaude ir visvienkāršākā un visbiežāk izmantotā identifikācijas metode, kas galvenokārt ietver blīvuma mērīšanu, kausējuma plūsmas indeksa testēšanu un termisko analīzi.
Blīvuma mērīšana ir pirmais solis PP materiālu identificēšanā. Saskaņā ar nacionālajiem standartiem GB/T 1033.1-2008 un ISO 1183-1:2019 blīvuma prasība pārtikas PP ir 0,90–0,91 g/cm³. Īpašas metodes ietver iegremdēšanas metodi, šķidruma piknometra metodi un blīvuma gradienta kolonnas metodi. No šīm metodēm visprecīzākā ir blīvuma gradienta kolonnas metode. Tas ietver parauga ievietošanu precīzi sagatavotā n-heptāna-etanola gradienta šķīdumā un blīvuma vērtības noteikšanu, pamatojoties uz tā suspensijas stāvokli. Lai novērstu termiskās izplešanās kļūdas, tests jāveic nemainīgas temperatūras vidē 23±0,5 grādi. Mūsdienu laboratorijās plaši tiek izmantoti automātiskie blīvuma mērītāji, kas apvieno Arhimēda principu ar vibrācijas frekvences mērīšanas tehnoloģiju, uzlabojot testēšanas precizitāti līdz ±0,0001 g/cm³.

Praksē neapstrādātā PP blīvums parasti ir stabils diapazonā no 0,905 līdz 0,910 g/cm³, savukārt pārstrādātiem materiāliem var būt lielākas novirzes, jo ir iespējama citu plastmasu vai piemaisījumu iekļaušana. Pārstrādāto materiālu blīvuma izmaiņas ir sarežģītākas atkarībā no to avota un apstrādes tehnoloģijas. Jāņem vērā, ka ar blīvuma pārbaudi vien nevar pilnībā atšķirt trīs materiālu veidus; citas metodes ir jāapvieno visaptverošam spriedumam.

Kušanas plūsmas ātruma (MFR) tests ir galvenais rādītājs materiālu apstrādes plūstamības novērtēšanai. Saskaņā ar GB/T 3682 standartu kausējuma plūsmas indeksētāju izmanto, lai izmērītu materiāla daudzumu, kas 10 minūtēs izspiests caur standarta presformu noteiktā temperatūrā (parasti 230 grādi) un slodzē (2,16 kg), mērvienība ir g/10 min. Pārtikas kvalitātes PP kušanas plūsmas ātrums parasti tiek kontrolēts diapazonā no 2-10 g/10 min, savukārt vispārējas nozīmes PP diapazons ir 0,5–30 g/10 min.

Kausējuma plūsmas ātruma tests ir īpaši efektīvs, lai atšķirtu neapstrādātus un pārstrādātus materiālus. Pētījumi ir parādījuši, ka pēc vairākiem apstrādes cikliem PP notiek ķēdes šķelšanās bīdes spēku dēļ, kā rezultātā samazinās molekulmasa un ievērojami palielinās MFR vērtība. Jaunā PP MFR vērtība ir relatīvi stabila, savukārt otrreizējās pārstrādes materiāla MFR vērtība var būt vairākas reizes augstāka nekā neapstrādāta materiāla MFR vērtība. Piemēram, neapstrādāta PP partijas MFR var būt 5 g/10 min, savukārt otrreizēji pārstrādāta materiāla MFR var būt 15-20 g/10 min. Jāņem vērā, ka PE-LD izmaiņu modelis ir pretējs; tā MFR samazinās, palielinoties apstrādes cikliem, jo ​​PE-LD galvenokārt tiek pakļauts šķērssavienojuma reakcijai, nevis ķēdes sadalīšanās reakcijām. Termiskā analīze, tostarp diferenciālā skenējošā kalorimetrija (DSC) un termogravimetriskā analīze (TGA), ir viena no efektīvākajām metodēm PP materiālu identificēšanai. DSC precīzi nosaka materiāla kušanas temperatūru, kristalizācijas temperatūru, kristāliskumu un oksidācijas indukcijas laiku (OIT), mērot siltuma plūsmas starpību starp paraugu un atsauci. TGA analizē materiāla termisko stabilitāti un sadalīšanās izturēšanos, mērot parauga masas izmaiņas atkarībā no temperatūras vai laika.

DSC testēšanā jaunajam PP parasti ir viens, straujš kušanas maksimums ar maksimālo temperatūru no 165 līdz 169 grādiem un augstu kristāliskumu. Pārstrādātā PP molekulārās ķēdes šķelšanās un plašāka molekulmasas sadalījuma dēļ DSC līknē ir plašāks kušanas maksimums, un tam var būt vairāki kušanas maksimumi. Piemēram, pārstrādāta PP var uzrādīt nelielu maksimumu ap 132 grādiem (iespējams, zemas molekulmasas komponentu vai citu plastmasu dēļ) un galveno maksimumu ap 165 grādiem. Turklāt pārstrādātā PP kristāliskums parasti ir zemāks nekā jaunajam PP, jo vairāku apstrādes ciklu izraisīti molekulārās ķēdes struktūras bojājumi.

TGA analīze var atklāt atšķirības materiālu termiskajā stabilitātē. Virgin PP termiskās sadalīšanās temperatūra parasti ir virs 300 grādiem, un sadalīšanās process ir salīdzinoši vienkāršs. Pārstrādātajam PP dažādu piedevu un piemaisījumu klātbūtnes dēļ ir sarežģītāka termiskās sadalīšanās darbība, kas, iespējams, sāk sadalīties zemākā temperatūrā un sadalīšanās laikā uzrāda vairākus svara zuduma posmus. Īpaši ievērības cienīgs ir fakts, ka pārstrādātā PP atlikuma masa ir ļoti atšķirīga, svārstās no 0,2% līdz 66%, savukārt neapstrādātā PP atlikuma masa parasti ir no 0,2% līdz 0,5%.

2.2. Ķīmiskā sastāva analīzes metodes

Ķīmiskā sastāva analīze ir visprecīzākā metode PP materiālu identificēšanai, galvenokārt ietverot tādas metodes kā infrasarkanā spektroskopija, elementu analīze un hromatogrāfija.
Infrasarkanā spektroskopija (FTIR) ir visizplatītākā ķīmiskās analīzes metode. FTIR var precīzi analizēt materiāla funkcionālās grupas un molekulārās struktūras raksturlielumus un ātri noteikt PP bāzes materiāla veidu (homopolimērs/kopolimērs) un piedevu veidu, salīdzinot raksturīgās absorbcijas pīķus. Tipiskais PP infrasarkanais spektrs parāda četrus asus maksimumus pie 2960-2800 cm⁻¹, kas atbilst CH, CH₂ un CH3 C-H stiepšanās vibrācijām; maksimumi pie 1460 cm⁻¹ un 1376 cm⁻¹ atbilst C-H lieces vibrācijām; maksimums pie 1165 cm⁻¹ apzīmē metilgrupas ārpus-plaknes šūpošanās lieces vibrāciju; un 998 cm⁻¹ josla ir saistīta ar 11-13 atkārtojošām vienībām, un to var izmantot kā kristālisku joslu, lai aprēķinātu kristāliskumu.

Atšķirot neapstrādātus un pārstrādātus materiālus, FTIR galvenais mērķis ir novērot C=O absorbcijas maksimumu 1600-1750 cm⁻¹ reģionā. Pētījumi ir parādījuši, ka visiem PP paraugiem šajā reģionā ir vāji C=O absorbcijas maksimumi, ko var izraisīt pārstrādātu materiālu oksidēšana vai karbonilfunkcionālās grupas saturošu piedevu klātbūtne. Neapstrādātā PP C=O pīķa intensitāte ir vāja un stabila, savukārt pārstrādātā materiāla C=O maksimālā intensitāte ir ievērojami spēcīgāka oksidācijas procesa dēļ. Turklāt ATR-FTIR var noteikt arī pārstrādātu PE-LD. Pārstrādātam materiālam, kas apstrādāts 6 reizes, ir jauns metila raksturlieluma maksimums (2950,7 cm⁻¹), bet metila raksturlieluma maksimums nav acīmredzams tikai vienu reizi apstrādātā otrreizējā materiālā, kas norāda uz noteiktiem šīs metodes ierobežojumiem.

FTIR analīzes darbības procedūra ir salīdzinoši vienkārša. Vispirms paraugu sagriež atbilstošā izmērā un novieto uz Furjē transformācijas infrasarkanā spektrometra ATR (attenuated Total Reflectance) piederuma. Skenēšanas diapazons ir iestatīts uz 4000-400 cm⁻¹, izšķirtspēja ir 4 cm⁻¹, un skenēšanas reižu skaits parasti ir 32. Salīdzinot ar standarta spektrālo bibliotēku, var ātri noteikt materiāla pamatsastāvu. Sarežģītiem paraugiem var izmantot arī divdimensiju infrasarkano staru spektroskopiju, lai identificētu dažādas sastāvdaļas, analizējot spektra izmaiņas.

Elementu analīzi galvenokārt izmanto smago metālu un citu kaitīgu elementu noteikšanai materiālos. Pārtikas -klases PP ir stingras prasības attiecībā uz smago metālu saturu, kur kadmija saturs ir mazāks vai vienāds ar 0,005 mg/kg, dzīvsudraba saturs ir mazāks vai vienāds ar 0,01 mg/kg un svina saturs ir mazāks vai vienāds ar 0,01 mg/kg. Noteikšanas metodēs parasti tiek izmantota induktīvi saistītā plazmas masas spektrometrija (ICP-MS) ar noteikšanas robežu 0,001 mg/kg, vai atomu absorbcijas spektrometrija (AAS).

Elementu analīze ir svarīga metode, lai atšķirtu neapstrādātus un pārstrādātus materiālus. Pētījumi ir parādījuši, ka smago metālu saturs neapstrādātos PP materiālos ir ļoti līdzīgs ar relatīvo novirzi ne vairāk kā 57%, savukārt smago metālu saturs otrreizējās pārstrādes materiālos bieži ir par vairāk nekā divām kārtām lielāks nekā neapstrādātos materiālos. Tas ir tāpēc, ka pārstrādātie materiāli pārstrādes procesā var nonākt saskarē ar dažādiem piesārņojuma avotiem, tostarp rūpnieciskajiem atkritumiem un sadzīves atkritumiem, izraisot smago metālu uzkrāšanos. Faktiskajā pārbaudē, ja smago metālu saturs paraugā tiek konstatēts neparasti augsts, parasti var noteikt, ka tas ir pārstrādāts materiāls vai maisījums, kas satur pārstrādātu materiālu.

Hromatogrāfiskā analīze ietver gāzu hromatogrāfijas -masas spektrometriju (GC-MS) un augstas -izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfiju (HPLC), ko galvenokārt izmanto, lai noteiktu gaistošos organiskos savienojumus, atlikušos monomērus un piedevas materiālos. GC-MS var izmantot, lai analizētu gaistošus organiskos savienojumus un atlikušos monomērus, savukārt HPLC izmanto ne-gaistošo piedevu migrācijas analīzei. Konkrēti, augšējās telpas gāzu hromatogrāfijas-masu spektrometrijas (HS-GC-MS) tehnoloģija ir iekļauta nacionālajā standartā GB/T 46019.2-2025, īpaši pārstrādāta polipropilēna identificēšanai.

HS-GC-MS metode ietver šādu procedūru: nosveriet 1,5 g parauga (ar precizitāti līdz 0,1 mg) un ievietojiet to 20 ml tilpuma flakonā. Pievienojiet 20 μL D8-naftalīna darba šķīduma (0,3 ug/mL) kā iekšējo standartu. Pēc līdzsvarošanas 150 grādos 30 minūtes, veiciet analīzi. Katras gaistošās sastāvdaļas aiztures indeksu aprēķina, ekstrahējot n-alkānu aiztures laiku, un relatīvo pīķa laukumu aprēķina pēc pīķa laukuma iekšējā standarta normalizācijas. Pētnieki analizēja 170 neapstrādātus PP paraugus un 119 pārstrādātus PP paraugus, izsijāja 25 raksturīgos gaistošos komponentus un izveidoja identifikācijas modeli, pamatojoties uz izlases meža algoritmu, ar precizitāti virs 95%.

2.3. Mikrostruktūras un morfoloģijas novērošanas metodes

Mikrostruktūras un morfoloģijas novērošana ir metode PP materiālu identificēšanai no molekulārā līmeņa un mikroskopiskās morfoloģijas perspektīvas, galvenokārt ietverot diferenciālo skenējošo kalorimetriju, polarizētās gaismas mikroskopiju un skenējošu elektronu mikroskopiju.

Diferenciālā skenējošā kalorimetrija (DSC) var ne tikai izmērīt materiāla termiskās veiktspējas parametrus, bet arī identificēt materiāla veidu, analizējot tā kušanas un kristalizācijas uzvedību. DSC var nodrošināt materiālam raksturīgus termiskās veiktspējas parametrus, piemēram, stiklošanās temperatūru, kušanas temperatūru un kristāliskumu. Šie parametri ir ļoti svarīgi, lai atšķirtu neapstrādātus un pārstrādātus materiālus. Praksē 5-10 mg parauga tiek nosvērti un ievietoti alumīnija paraugu traukā, un temperatūra tiek paaugstināta no istabas temperatūras līdz 20 grādiem virs kušanas temperatūras ar sildīšanas ātrumu 10 grādi / min, un tiek reģistrēta DSC līkne.

Jaunā PP DSC līkne parasti parāda vienu, asu kušanas maksimumu ar simetrisku formu, un kušanas temperatūra ir no 165 līdz 169 grādiem. Tomēr pārstrādātā materiāla DSC līknei ir ievērojami atšķirīgi raksturlielumi: kušanas maksimums palielinās, var parādīties vairāki kušanas maksimumi (piemēram, pie 132 grādiem un 165 grādiem), pīķa forma ir asimetriska un kušanas temperatūra pazeminās. Piemēram, vienā pētījumā paraugu kušanas temperatūra no #4 līdz #1 secīgi samazinājās, un visi bija zem 170 grādiem, un arī kristāliskums secīgi samazinājās. Paraugs #5 arī uzrādīja aukstās kristalizācijas maksimumu sildīšanas procesā, norādot, ka molekulāro ķēžu mobilitāte palielinājās, palielinoties temperatūrai, un ķēdes segmenti tika pārkārtoti, veidojot kristālus.

Identifikācijai svarīgs ir arī kristāliskuma aprēķins. Pēc formulas Xc=ΔHm/ΔH0 × 100% (kur ΔHm ir parauga kušanas entalpija, bet ΔH0 ir 100% kristāliskā PP kušanas entalpija, 240,5 J/g), var aprēķināt materiāla kristāliskumu. Jaunā PP kristāliskums parasti ir no 60-80%, savukārt pārstrādātā materiāla kristāliskums var samazināties līdz 40-60% molekulārās ķēdes struktūras iznīcināšanas dēļ. Salīdzinot kristāliskuma izmaiņas, ir iespējams noteikt, vai materiāls ir ticis pakļauts vairākiem apstrādes posmiem. Polarizējošā mikroskopija ļauj tieši novērot PP sferulīta morfoloģiju un izmēru, tādējādi nosakot materiāla kristalizācijas īpašības. Virgin PP, pateicoties savai augstajai molekulāro ķēdes regularitātei, veido viendabīgus sferulītus ar pilnīgu morfoloģiju. Tomēr pārstrādātajam PP ir plašāks molekulmasas sadalījums, kā rezultātā veidojas dažāda izmēra un neregulāras formas sferulīti. Īpaši, novērojot sferulītu divkāršās laušanas fenomenu, neapstrādātajam PP ir skaidrs Maltas krusteniskās izzušanas modelis, savukārt pārstrādātā PP ekstinkcijas modelis var būt izplūdis vai nepilnīgs.

Skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) analīze var novērot materiāla virsmas morfoloģiju un{0}}šķērsgriezuma struktūru. Neapstrādāta PP šķērsgriezumā redzamas vienmērīgas kaļamās lūzuma īpašības, gluda virsma un nav acīmredzamu defektu. Pārstrādātā PP šķērsgriezumā var būt trausls lūzums, virsma ir raupja un dažādi defekti, piemēram, tukšumi, plaisas un piemaisījumi. SEM var izmantot arī enerģijas dispersijas spektroskopijas (EDS) analīzei, lai noteiktu materiāla elementāro sastāvu, kas ir īpaši efektīvs piesārņotāju identificēšanai.

Pētnieki izmantoja lauka emisijas skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) un enerģijas dispersijas spektroskopijas (EDS) kombināciju, lai analizētu paraugu morfoloģiju un elementāro sastāvu, nodrošinot precīzu paraugu mikroskopiskā sastāva un morfoloģijas analīzi. Šī metode var atklāt smalkas, ar neapbruņotu aci neredzamas atšķirības, piemēram, sīkas piemaisījumu daļiņas, virsmas oksīda slāņus un apstrādes pēdas. Īpaši paraugiem, kuros ir neliels daudzums pārstrādāta materiāla, makroskopiskās metodes var nebūt iespējams tos identificēt, taču SEM-EDS analīze var atklāt neparastu elementu sadalījumu.

3.1. Sistemātiska identifikācijas procesa plānošana

Pamatojoties uz trim iepriekš aprakstītajām pamatmetodēm, mēs varam izstrādāt sistemātisku identifikācijas procesu, lai nodrošinātu precīzu atšķirību starp neapstrādātiem, pārstrādātiem un reģenerētiem materiāliem. Šajā procesā tiek izmantota trīs-līmeņu identifikācijas sistēma: "iepriekšēja pārbaude - ar-padziļinātu analīzi - visaptveroša noteikšana".

Pirmais līmenis: sākotnējā pārbaude. Vispirms veiciet vizuālo pārbaudi un blīvuma pārbaudi. Augstas-kvalitātes pirmatnīgajam materiālam ir jābūt viendabīgai matētai tekstūrai, tīrai krāsai (galvenokārt gandrīz-baltai vai caurspīdīgai), bez piemaisījumiem, melniem plankumiem vai graudainības, kā arī bez asas smakas. Blīvuma pārbaudē tiek izmantota blīvuma gradienta kolonnas metode vai automātiskais blīvuma mērītājs, lai salīdzinātu parauga blīvumu ar standarta vērtību (0,90-0,91 g/cm³). Ja blīvuma vērtība atšķiras no standarta diapazona par vairāk nekā ±0,005 g/cm³, to parasti var noteikt kā neapstrādātu materiālu.

Vienlaikus tiek veikts kausējuma plūsmas ātruma (MFR) tests. Jaunā PP MFR vērtībai jābūt standarta diapazonā un relatīvi stabilai. Ja MFR vērtība ir neparasti augsta (vairāk nekā divas reizes pārsniedz standarta vērtību), tas var būt pārstrādāts materiāls.

Otrais līmenis:{0}}padziļināta analīze. Sīkāka analīze tiek veikta paraugiem pēc sākotnējās skrīninga. Pirmkārt, tiek veikta FTIR analīze, koncentrējoties uz C=O absorbcijas maksimuma intensitāti 1600-1750 cm⁻¹ reģionā. Ja C=O maksimums ir ievērojami palielināts, tas norāda, ka materiāls, iespējams, ir oksidējies un, iespējams, ir pārstrādāts materiāls. Pēc tam tiek veikta DSC analīze, lai novērotu kušanas pīķu formu, skaitu un temperatūru. Ja parādās vairāki kušanas maksimumi vai kušanas temperatūra ir ievērojami zemāka kopā ar kristāliskuma izmaiņām, tas var vēl vairāk apstiprināt, vai tas ir pārstrādāts materiāls.

Trešais līmenis: visaptverošs spriedums. Paraugiem, kurus joprojām nevar noteikt, galīgajam apstiprinājumam tiek izmantota HS-GC-MS metode. Saskaņā ar nacionālo standartu GB/T 46019.2-2025 spriedums tiek pieņemts, analizējot 25 raksturīgus gaistošus komponentus, kas apvienoti ar nejauša meža algoritma modeli. Šīs metodes precizitāte pārsniedz 95%, un tā var efektīvi atšķirt neapstrādātu PP un pārstrādātu PP. Vienlaikus tiek veikta elementu analīze, lai noteiktu smago metālu saturu. Ja smago metālu saturs ir vairāk nekā divas kārtas augstāks par normālo diapazonu, to var noteikt kā pārstrādātu materiālu.
Praktiskajā darbībā savstarpējai pārbaudei ieteicams izmantot vairākas metodes. Piemēram, vispirms izmantojiet blīvuma un kausējuma plūsmas indeksu sākotnējai pārbaudei, pēc tam izmantojiet FTIR un DSC, lai apstiprinātu, un visbeidzot izmantojiet HS-GC-MS arbitrāžai. Šī metožu kombinācija var izvairīties no vienas metodes ierobežojumiem un uzlabot identifikācijas precizitāti.

3.2. Rezultātu spriedumu standarta sistēma

Zinātniskā rezultāta sprieduma standarta noteikšana ir galvenais, lai nodrošinātu identifikācijas precizitāti. Pamatojoties uz valsts standartiem un nozares praksi, mēs varam izveidot šādu spriedumu standartu sistēmu.

Fizisko īpašību sprieduma kritēriji:

• Blīvums: Virgin PP ir 0,905–0,910 g/cm³, otrreizēji pārstrādātais materiāls var svārstīties robežās no 0,900–0,915 g/cm³, un pārstrādātajam materiālam ir lielāka blīvuma atšķirība tā sarežģītā sastāva dēļ.
• Kušanas plūsmas ātrums (MFR): neapstrādāta PP MFR vērtībai jāatbilst standarta specifikācijām (parasti 2–10 g/10 min), otrreizēji pārstrādāta materiāla MFR vērtībai var būt nedaudz lielāka, un pārstrādātā materiāla MFR vērtībai var būt 2–5 reizes lielāka nekā neapstrādāta materiāla MFR vērtībai.
• Kušanas temperatūra: neapstrādāta PP kušanas temperatūra ir 165-169 grādi, pārstrādātā materiāla kušanas temperatūra būtībā paliek nemainīga, un pārstrādātā materiāla kušanas temperatūra var samazināties par 5-10 grādiem, un var parādīties vairāki kušanas maksimumi.
• Kristalitāte: neapstrādāta PP kristāliskums ir 60-80%, un pārstrādātā materiāla kristāliskums ir 40-60%.

Ķīmiskā sastāva sprieduma kritēriji:

• FTIR raksturīgās virsotnes: C=O pīķa intensitāte (1600-1750cm⁻¹), vājāka neapstrādātā materiālā, ievērojami spēcīgāka pārstrādātā materiālā; metil raksturīgais maksimums (2950cm⁻¹), parādās pēc vairākiem apstrādes posmiem.
• Smago metālu saturs: smago metālu saturs neapstrādātā materiālā ir ārkārtīgi zems (relatīvā novirze < 57%), un smago metālu saturs pārstrādātā materiālā var būt par vairāk nekā divām kārtām lielāks nekā neapstrādātā materiālā.
• Gaistošās sastāvdaļas: HS-GC-MS nosaka 25 raksturīgās sastāvdaļas, un starp neapstrādātiem un pārstrādātiem materiāliem ir būtiskas atšķirības komponentu veidos un saturā.

Mikrostruktūras sprieduma kritēriji:

• DSC kušanas maksimums: Virgin materiālam ir viena asu virsotne, savukārt otrreiz pārstrādātajam materiālam ir plašāka pīķa forma, un tam var būt vairākas virsotnes.
• Sferulīta morfoloģija: jaunajam materiālam ir vienāds sferulīta izmērs un pilnīga morfoloģija, savukārt pārstrādātajam materiālam ir dažādi sferulīta izmēri un neregulāra morfoloģija.
• Virsmas morfoloģija: neapstrādāta materiāla šķērsgriezums- ir gluds un vienmērīgs, savukārt otrreizēji pārstrādāta materiāla šķērsgriezums ir raupjš un var būt ar defektiem.

Faktiski vairāki rādītāji ir jāapsver visaptveroši. Piemēram, ja paraugs vienlaikus atbilst šādiem nosacījumiem: blīvums standarta diapazonā, normāla MFR vērtība, viens kušanas maksimums DSC, vājš C=O maksimums FTIR un zems smago metālu saturs, tad tas tiek uzskatīts par neapstrādātu materiālu. Ja paraugam ir ievērojams MFR vērtības pieaugums, vairāki DSC maksimumi, uzlaboti C=O maksimumi FTIR un augsts smago metālu saturs, tiek noteikts, ka tas ir pārstrādāts materiāls. Paraugiem, kas atrodas starp šīm divām galējībām, ir nepieciešama HS-GC-MS analīze, kas apvienota ar nejaušu meža modeli galīgai noteikšanai.

3.3. Metodes ierobežojumi un kvalitātes kontroles punkti

Lai gan iepriekšminētajām metodēm ir augsta precizitāte, katrai metodei ir savi ierobežojumi, kas jāņem vērā praktiskajā pielietojumā.

• Blīvuma pārbaudes ierobežojumi:Lai gan blīvuma pārbaude ir vienkārša un ātra, tā sniedz tikai ierobežotu informāciju. Dažādu veidu PP (piemēram, homopolimēra un kopolimēra) blīvums var nedaudz atšķirties, un dažas piedevas (piemēram, pildvielas) var būtiski ietekmēt blīvuma vērtību. Tāpēc blīvuma testēšanu var izmantot tikai kā sākotnējo skrīninga metodi, un to nevar izmantot kā galīgo pamatu noteikšanai.

• Kausējuma plūsmas ātruma pārbaudes ierobežojumi:MFR testēšanu lielā mērā ietekmē temperatūras un bīdes vēsture, un nelielas izmaiņas testa apstākļos var izraisīt rezultātu novirzes. Turklāt daži modifikatori (piemēram, plastifikatori) arī ietekmēs MFR vērtību. Tāpēc, veicot MFR testēšanu, ir stingri jākontrolē testa apstākļi un jāveic vairāki paralēli testi.
• FTIR analīzes ierobežojumi:Metode ATR-FTIR labi darbojas, lai identificētu PE-LD otrreizēji pārstrādātus materiālus, taču tai ir ierobežojumi PP otrreizēji pārstrādāto materiālu identificēšanā, jo īpaši otrreizēji pārstrādātos materiālus, kas ir pakļauti vienam apstrādes ciklam, kas var neuzrādīt būtiskas atšķirības. Turklāt FTIR var sniegt tikai informāciju par funkcionālajām grupām un nevar noteikt konkrēto ķīmisko struktūru.

Prasības HS-GC-MS metodei:Lai gan šai metodei ir augsta precizitāte, tai ir nepieciešams sarežģīts aprīkojums un augsti kvalificēti operatori. Tam ir nepieciešams augšējās telpas gāzu hromatogrāfa{1}}masas spektrometrs ar EI avotu, augšējās telpas paraugu ņemšanas ierīce, kas darbojas vismaz 150 grādu temperatūrā, kā arī profesionāla analītiskā programmatūra un labi{3}}apmācīti operatori.

 

Lai nodrošinātu identifikācijas rezultātu precizitāti, ir jāizveido visaptveroša kvalitātes kontroles sistēma:

Parauga reprezentativitātes kontrole:Stingri ievērojiet paraugu ņemšanas standartus (piemēram, ISO 2859), lai nodrošinātu, ka ņemtie paraugi precīzi atspoguļo visas materiāla partijas īpašības. Granulētajiem materiāliem paraugi jāņem no vairākiem punktiem dažādās vietās, vienmērīgi jāsamaisa un pēc tam jāpārbauda.

Instrumenta kalibrēšana un apkope:Visas pārbaudes iekārtas regulāri jākalibrē. Elektroniskajiem svariem, universālajām testēšanas iekārtām un citām mērīšanas iekārtām ir nepieciešama ikgadēja kalibrēšana, ko veic juridiski atzīta metroloģijas iestāde. Kausējuma plūsmas ātruma testeri un siltuma deformācijas temperatūras testeri ir jākalibrē mājās-vai trešajai pusei ik pēc sešiem mēnešiem. Kalibrēšanas vienumi ietver temperatūras precizitāti, spēka vērtības precizitāti un ātruma stabilitāti. Kalibrēšanas ziņojumi ir jāarhivē turpmākai atsaucei, lai nodrošinātu testa datu izsekojamību.

Vides stāvokļa kontrole:Testēšanas videi ir jāatbilst standarta prasībām, jo ​​temperatūra, mitrums un tīrība var ietekmēt testa rezultātus. Piemēram, blīvuma pārbaudei nepieciešama pastāvīga 23±0,5 grādu temperatūras vide; FTIR analīze jāveic sausā vidē, lai izvairītos no ūdens tvaiku traucējumiem; un mikrobioloģisko testēšanu nepieciešams veikt tīrā telpā.

Ierakstīšana un izsekojamība:Visi testēšanas procesi un rezultāti jāreģistrē detalizēti, tostarp informācija par paraugu, testēšanas apstākļi, neapstrādāti dati, aprēķinu process un gala rezultāti. Ierakstiem jābūt skaidriem, precīziem, izsekojamiem un jāsaglabā noteiktu laiku.

Izveidojot visaptverošu kvalitātes kontroles sistēmu, var maksimāli palielināt dažādu identifikācijas metožu priekšrocības, nodrošinot precīzu neapstrādātu, otrreizēji pārstrādātu un reģenerētu pārtikas -klases PP plastmasas izejvielu atšķiršanu, nodrošinot uzticamu tehnisko atbalstu produktu kvalitātes kontrolei. Praktiskajos lietojumos ir jāizvēlas piemērota metožu kombinācija, pamatojoties uz konkrētiem apstākļiem, nodrošinot gan precizitāti, gan ņemot vērā testēšanas izmaksas un efektivitāti. Pārtikas -klases PP — materiālam ar īpaši augstām drošības prasībām, ieteicams izmantot vairākas metodes visaptverošai identificēšanai, lai nodrošinātu produkta kvalitāti un pārtikas nekaitīgumu.